JP6711349B2 - Force display device - Google Patents
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Description
本技術は、ユーザに特定方向の力覚を提示する力覚提示装置に関する。 The present technology relates to a force sense presentation device that presents a force sense in a specific direction to a user.
特許文献1に記載の携帯型装置は、2つの錘を2つのボールネジ構造によりリニアに移動させる力覚発生装置を備えている。この装置は、2つの錘を同じ方向に並進運動させることにより、その並進運動による反作用の方向に発生する力覚をユーザに与えることができる。 The portable device described in
しかしながら、特許文献1の装置では、装置筐体の両辺に2つのボールネジ構造を必要とし、それらによる2つの錘の並進運動のための同期制御が必要となり、制御負荷が大きい。 However, the device of
本技術の目的は、同期制御等の大きな制御負荷を必要としない新規な構造を備える力覚提示装置を提供することにある。 An object of the present technology is to provide a force sense presentation device having a novel structure that does not require a large control load such as synchronous control.
上記目的を達成するため、本技術に係る力覚提示装置は、筐体構造と、錘と、駆動部とを具備する。
前記錘は、前記筐体構造に設けられ、または前記筐体構造に内蔵される。
前記駆動部は、前記錘の第1側および前記第1側に対向する第2側を支持する一対の支持構造で構成される第1支持部を有し、前記一対の支持構造のうち少なくとも一方が、前記錘に偏加速度を与えることが可能なアクチュエータを含むように構成される。
すなわち、たとえ第1側および第2側の両側にアクチュエータが接続されているとしても、2つのアクチュエータおよび錘が機械的に接続されて一体であるため、同期制御等の大きな制御負荷を必要としない。In order to achieve the above object, a force sense presentation device according to an embodiment of the present technology includes a housing structure, a weight, and a drive unit.
The weight is provided in the housing structure or built in the housing structure.
The drive unit includes a first support unit configured of a pair of support structures that supports a first side of the weight and a second side facing the first side, and at least one of the pair of support structures. Is configured to include an actuator capable of giving a biased acceleration to the weight.
That is, even if the actuators are connected to both the first side and the second side, the two actuators and the weight are mechanically connected and integrated, so that a large control load such as synchronous control is not required. .
前記アクチュエータは、前記錘の前記第1側から前記第2側へ、または前記第2側から前記第1側への方向に第1の偏加速度を発生させるように構成されていてもよい。
これにより、駆動部による錘の駆動方向が決まり、力覚の提示方向が決まる。The actuator may be configured to generate a first unbalanced acceleration in a direction from the first side to the second side of the weight or from the second side to the first side.
Thereby, the driving direction of the weight by the driving unit is determined, and the presentation direction of the force sense is determined.
前記一対の支持構造のうちの一方が前記アクチュエータである場合に、前記一対の支持構造のうちの他方は、前記第1の偏加速度の方向を含む軸方向で駆動するように構成されたパッシブ駆動部を有していてもよい。
これにより、偏加速度の方向を含む軸方向で、錘の動作ロスを低減させるとともに、錘を大きく変位させることができる。When one of the pair of support structures is the actuator, the other of the pair of support structures is configured to be driven in an axial direction including the direction of the first unbalanced acceleration. You may have a part.
This makes it possible to reduce the motion loss of the weight and to displace the weight largely in the axial direction including the direction of the eccentric acceleration.
前記パッシブ駆動部は、リニアモーションガイド構造、ボールブッシュ構造、自己潤滑軸受構造、または異方性弾性係数材料を有していてもよい。 The passive drive unit may have a linear motion guide structure, a ball bush structure, a self-lubricating bearing structure, or an anisotropic elastic modulus material.
前記力覚提示装置は、前記錘の前記第1側および前記2側とは異なる第3側およびこれに対向する第4側にそれぞれ設けられた一対の支持構造で構成される第2支持部をさらに具備してもよい。 The force sense presentation device includes a second support portion formed of a pair of support structures respectively provided on a third side of the weight different from the first side and the second side and a fourth side facing the third side. It may be further provided.
前記第2支持部を構成する前記一対の支持構造は、第1の偏加速度の方向を含む軸方向でスライドするスライド構造をそれぞれ有していてもよい。 The pair of support structures forming the second support portion may each have a slide structure that slides in an axial direction including the direction of the first unbalanced acceleration.
前記第2支持部を構成する前記一対の支持構造のうち少なくとも一方が、前記錘の前記第3側から前記第4側へ、または前記第4側から前記第3側への方向に第2の偏加速度を与えることが可能なアクチュエータを含むように構成されていてもよい。
前記第1支持部を構成する前記一対の支持構造は、前記第2の偏加速度の方向を含む軸方向でスライドするスライド構造をそれぞれ有していてもよい。
これにより、錘の可動軸が2軸(多軸)であっても、第1支持部と錘との接続が、第2支持部に設けられたアクチュエータによる錘の動きを妨げず、動作ロスを軽減できる。At least one of the pair of support structures forming the second support portion has a second weight in the direction from the third side to the fourth side of the weight or from the fourth side to the third side. It may be configured to include an actuator capable of giving a biased acceleration.
The pair of support structures forming the first support portion may each have a slide structure that slides in an axial direction including the direction of the second unbalanced acceleration.
Thereby, even if the movable shaft of the weight is biaxial (multi-axis), the connection between the first support portion and the weight does not hinder the movement of the weight by the actuator provided in the second support portion, resulting in an operational loss. Can be reduced.
前記スライド構造は、リニアモーションガイド構造、ボールブッシュ構造、自己潤滑軸受構造、または異方性弾性係数材料であってもよい。
特に、異方性弾性係数材料を使用することで、力覚提示装置の小型化に大きく寄与する。The slide structure may be a linear motion guide structure, a ball bush structure, a self-lubricating bearing structure, or an anisotropic elastic modulus material.
In particular, the use of the anisotropic elastic modulus material greatly contributes to downsizing of the force sense presentation device.
前記第1支持部を構成する前記一対の支持構造の両方が、前記アクチュエータをそれぞれ有していてもよい。
錘の第1側および第2側の両側にアクチュエータが設けられることにより、大きな駆動力を発生させることが可能となる。また、上記したように同期制御の必要がない。Both of the pair of support structures forming the first support section may include the actuator.
By providing the actuators on both the first side and the second side of the weight, it becomes possible to generate a large driving force. Further, as described above, there is no need for synchronous control.
前記第2支持部を構成する前記一対の支持構造の両方が、前記アクチュエータをそれぞれ有していてもよい。
錘の第3側および第4側の両側にアクチュエータが設けられることにより、大きな駆動力を発生させることが可能となる。また、上記したように同期制御の必要がない。Both of the pair of support structures forming the second support section may include the actuator.
By providing the actuators on both sides of the weight on the third side and the fourth side, it becomes possible to generate a large driving force. Further, as described above, there is no need for synchronous control.
前記錘は、前記筐体構造の一部を構成する部品、または前記筐体構造に内蔵された部品であってもよい。
部品を錘として利用するので、別途の錘を用いる必要がない。したがって、力覚提示装置である携帯型端末装置の小型化を図ることができる。The weight may be a component forming a part of the housing structure or a component built in the housing structure.
Since the component is used as a weight, it is not necessary to use a separate weight. Therefore, it is possible to reduce the size of the portable terminal device that is the force sense presentation device.
前記力覚提示装置は、携帯型端末装置であり、前記部品は、バッテリ、制御基板、ディスプレイパネル、またはタッチパネルであってもよい。 The force sense presentation device may be a mobile terminal device, and the component may be a battery, a control board, a display panel, or a touch panel.
前記アクチュエータは、圧電要素と、シムとを含んでいてもよい。
前記シムは、前記筐体構造に固定される固定部と、前記圧電要素が取り付けられる取付部と、前記固定部および前記取付部の間に設けられた屈曲部とを有していてもよい。
固定部および取付部が、屈曲部を持つシムによって一体化されることにより、アクチュエータの部品点数を削減できる。また、アクチュエータを低背型化、小型化することができ、力覚提示装置の小型化を実現できる。The actuator may include a piezoelectric element and a shim.
The shim may have a fixing portion fixed to the housing structure, an attaching portion to which the piezoelectric element is attached, and a bending portion provided between the fixing portion and the attaching portion.
Since the fixing portion and the mounting portion are integrated by the shim having the bent portion, the number of parts of the actuator can be reduced. Further, the actuator can be made low-profile and downsized, and the force sense presentation device can be downsized.
前記アクチュエータは、前記屈曲部により構成される、前記固定部と前記取付部との高さの差より小さい変位で振動するように構成されていてもよい。 The actuator may be configured to vibrate with a displacement smaller than a height difference between the fixed portion and the mounting portion, which is formed by the bent portion.
前記シムの少なくとも2箇所が折り曲げられることにより、前記取付部と前記固定部との間に、前記屈曲部が設けられていてもよい。
これにより、簡単な構造で、シムに固定部、取付部および屈曲部を持たせることができる。The bent portion may be provided between the attachment portion and the fixed portion by bending at least two places of the shim.
This allows the shim to have the fixing portion, the attaching portion, and the bent portion with a simple structure.
前記屈曲部の、前記取付部および前記固定部の間は、直線状、湾曲状、または、蛇腹状に構成されていてもよい。 The bent portion may have a linear shape, a curved shape, or a bellows shape between the attachment portion and the fixed portion.
前記固定部は、溶着、接着剤による接着、機械的な係合、または、埋め込みにより、前記筐体構造に固定されていてもよい。
これにより、簡単な構造で、固定部が筐体構造に固定され、アクチュエータおよび力覚提示装置の小型化に寄与する。The fixing portion may be fixed to the housing structure by welding, adhesion with an adhesive, mechanical engagement, or embedding.
With this, the fixing portion is fixed to the housing structure with a simple structure, which contributes to downsizing of the actuator and the force sense presentation device.
前記シムは、2以上の前記取付部と、2つの前記取付部の間で共通の1つの前記固定部とを有していてもよい。
これにより、圧電要素の配列方向で、これらのアクチュエータを小型化することができる。The shim may have two or more attachment portions and one fixing portion common between the two attachment portions.
As a result, these actuators can be miniaturized in the arrangement direction of the piezoelectric elements.
前記シムは、開口部を有していてもよい。
これにより、アクチュエータの製造時において、シムの重量および/または剛性が調整され、変位量や弾性力を調整することができる。The shim may have an opening.
Thereby, the weight and/or the rigidity of the shim can be adjusted at the time of manufacturing the actuator, and the displacement amount and the elastic force can be adjusted.
以上、本技術によれば、同期制御等の大きな制御負荷を必要としない力覚提示装置を提供することができる。 As described above, according to the present technology, it is possible to provide a force sense presentation device that does not require a large control load such as synchronous control.
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。 Note that the effects described here are not necessarily limited, and may be any effects described in the present disclosure.
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments according to the present technology will be described with reference to the drawings.
1.一実施形態に係る力覚提示装置 1. Force presentation device according to one embodiment
1.1)力覚提示装置の構成 1.1) Structure of force sense presentation device
図1は、本技術の一実施形態に係る力覚提示装置を示す分解斜視図である。図2は、図1に示す力覚提示装置100の平面図である。力覚提示装置100は、筐体構造10と、筐体構造10に内蔵された錘20(慣性負荷)と、錘20を筐体構造10内で支持し、かつ駆動することが可能な駆動部30とを備える。 FIG. 1 is an exploded perspective view showing a force sense presentation device according to an embodiment of the present technology. FIG. 2 is a plan view of the force
筐体構造10は、例えば矩形状でなり、外筐そのもので構成されるか、または、外筐にシャーシやフレームが一体的に取り付けられて構成される。錘20は、典型的には、筐体構造10に合わせた矩形の板状で構成されるが、どのような形状であってもかまわない。 The
駆動部30は、錘20を支持する第1支持部31および第2支持部32を有する。第1支持部31は、錘20の第1側21およびこれにx軸方向で対向する第2側22にそれぞれ接続された一対の支持構造315を有する。第2支持部32は、錘20の第3側23およびこれにy軸方向で対向する第4側24にそれぞれ接続された一対の支持構造325を有する。 The
第1支持部31の一対の支持構造315は、例えばXアクチュエータ35xをそれぞれ有する。第2支持部32の一対の支持構造325も同様に、Yアクチュエータ35yをそれぞれ有する。これらのアクチュエータとして、例えば圧電アクチュエータが用いられ、基本的な構成はすべて同じである。サイズは、Xアクチュエータ35xと、Yアクチュエータ35yとで異なる場合もある。説明の便宜上、Xアクチュエータ35x、Yアクチュエータ35yのうち任意の1つを指すときは、単に「アクチュエータ35」と言う。 The pair of
図3は、アクチュエータ35の構成の例を示す斜視図である。アクチュエータ35は、例えば板状の圧電要素31と、この圧電要素31が接続された接続部33、34とを有する。接続部34は、例えば圧電要素31の両端部に設けられ、筐体構造10に固定される(図1A参照)。接続部33は、例えば圧電要素31の中央部に設けられ、後述するスライド構造を介して錘20に接続される。圧電要素31には、図示しないが電気信号の入力端子が設けられ、駆動信号が入力される。これによりアクチュエータ35は、接続部34、34を節とし、接続部33を腹として、図3中、上下方向に振動することが可能となっている。すなわち、図2を参照して、錘20がx、y軸の2軸、つまりx−y平面内の任意の方向、振幅、加速度で振動可能となる。
なお、後述するように、アクチュエータ35は、圧電要素31と図示しないシムを含んでよい。この場合、アクチュエータ35は、シムの片面に1つの圧電要素が設けられて構成されるユニモルフ構造、または、シムの両面に2つの圧電要素が設けられて構成されるバイモルフ構造であってもよい。FIG. 3 is a perspective view showing an example of the configuration of the
As will be described later, the
なお、上記アクチュエータ35の構成はあくまでも一例であり、圧電要素31を利用する様々な形状、サイズ、構造のデバイスが適用され得る。 The configuration of the
このようにアクチュエータ35として圧電デバイスが用いられることにより、例えば偏心モータやリニアモータ等を利用するデバイスに比べ、アクチュエータによる応答速度を高めることができる。圧電デバイスの応答速度は、5ms以下の応答速度を実現することができる。 By using the piezoelectric device as the
第1支持部31の一対の支持構造315(図1参照)は、図2に示すように、それぞれYスライド構造31yを有する。第2支持部32の一対の支持構造325は、それぞれXスライド構造32xを有する。図1では、これらのスライド構造の図示を省略している。 As shown in FIG. 2, each of the pair of support structures 315 (see FIG. 1) of the
Yスライド構造31yは、Xアクチュエータ35xの接続部33に対してスライドするための、y軸に沿って延設されたガイド部をそれぞれ有する。Xスライド構造32xは、Yアクチュエータ35yの接続部33に対してスライドするための、x軸に沿って延設されたガイド部を有する。これらのガイド部は、錘20の第1側21、第2側22、第3側23、第4側24にそれぞれ固定されている。 The
スライド構造としては、例えばリニアモーションガイド構造、ボールブッシュ構造、または、自己潤滑軸受構造等、公知の構造を適用することができる。 As the slide structure, a known structure such as a linear motion guide structure, a ball bush structure, or a self-lubricating bearing structure can be applied.
1.2)駆動部による駆動動作 1.2) Driving operation by the driving unit
1.2.1)偏加速度について 1.2.1) About partial acceleration
本実施形態に係る力覚提示装置100では、Xアクチュエータ35xの駆動により、錘20がx方向に沿う並進運動を伴って振動する。また、Yアクチュエータ35yの駆動により、錘20がy方向に沿う並進運動を伴って振動する。 In the force
一般に、振幅、周波数を同一にした定常的な振動動作の中では意図した力覚は発生しない。回転体である偏心モータを例に挙げると、偏心荷重(Δm)と向心加速度(rω2)の乗算となる向心力(Δmrω2)が時間とともに常に方向を変え、振動としては検知できるが、方向性を持つ力覚提示とはならない。In general, an intended force sensation does not occur during a steady vibration operation with the same amplitude and frequency. Taking an eccentric motor which is rotating body as an example, always redirect multiplication become centripetal force of the eccentric load (Delta] m) and a centripetal acceleration (rω 2) (Δmrω 2) with time, can be detected as a vibration, direction It is not a haptic presentation with sex.
慣性負荷(m)の並進運動の中で、往路の加速度(a1)と復路の加速度(a2)に差分(a1-a2)を設けた上で、その振動を連続動作させることで、定常的に方向性を持った力(m(a1-a2))、つまり偏加速度による力が発生し、これが力覚として検知されると考えられる。 In the translational motion of the inertial load (m), a difference (a1-a2) is set between the forward acceleration (a1) and the backward acceleration (a2), and the vibration is continuously operated, so that It is considered that a directional force (m (a1-a2)), that is, a force due to an eccentric acceleration, is generated and detected as a force sense.
加速度を一定時間積分すればその値はゼロになり、現実には力は発生していない。したがって、感じられる力は人間の知覚機構によるある種の錯覚であると推定される。仮想力覚の発生原理について、Stevensの冪法則(Stevens's power law)と呼ばれる、刺激とそれに伴う感覚の強さの関係によるものがある。測定された加速度の積分値はゼロになるが、知覚された感覚の積分値はゼロにはならず、力として感じられるのではないかと推測されている。他の要因は、刺激のマスキング効果である。強い刺激の直後の弱い刺激がマスクされる(知覚されにくい)という現象である。これら人間の知覚機構により、力覚は検知されると考えられる。 If the acceleration is integrated for a certain period of time, its value becomes zero, and no force is actually generated. Therefore, it is presumed that the perceived force is a kind of illusion by the human perception mechanism. Regarding the generation principle of virtual force sensation, there is a relationship between the stimulus and the intensity of sensation that accompanies it, called Stevens's power law. It is speculated that the integrated value of the measured acceleration becomes zero, but the integrated value of the perceived sensation does not become zero, and it may be felt as force. Another factor is the stimulus masking effect. This is a phenomenon in which a weak stimulus immediately after a strong stimulus is masked (hard to be perceived). It is considered that the force sense is detected by these human perception mechanisms.
以上のように、振動の往路の加速度と、復路の加速度とに差を発生させることにより、偏加速度を発生させることができる。本技術は、この偏加速度の発生原理を、力覚提示装置100に適用する。例えばx軸上の+(または−)方向に力覚を提示しようとする場合、力覚提示装置100は、Xアクチュエータ35xによりx軸の+(または−)方向に偏加速度(第1の偏加速度)を発生させる。また、力覚提示装置100は、y軸上の+(または−)方向に力覚を提示しようとする場合、力覚提示装置100は、Yアクチュエータ35yによりy軸の+(または−)方向に偏加速度(第2の偏加速度)を発生させる。 As described above, it is possible to generate a partial acceleration by generating a difference between the forward acceleration and the backward acceleration of the vibration. The present technology applies the generation principle of the partial acceleration to the force
さらに、力覚提示装置100は、Xアクチュエータ35xおよびYアクチュエータ35yを同時に駆動することにより、x、y軸の合成の偏加速度を発生させて、その合成の方向に力覚を提示することができる。 Further, the force
1.2.2)駆動部による駆動時における各支持構造の動作 1.2.2) Operation of each support structure when driven by the drive unit
図4A、Bは、錘20が振動する場合において、ある特定の瞬間を示す図である。 4A and 4B are diagrams showing a specific moment when the
図4Aに示すように、Xアクチュエータ35xが駆動して錘20をx軸に沿って(図では、例えば上方向に)移動させることにより、第2支持部32では、Xスライド構造32xのスライド動作により、錘20がx軸方向に沿ってスムーズに移動することができる。あるいは、図4Bに示すように、Yアクチュエータ35yが駆動して錘20をy軸に沿って(図では、例えば右方向に)移動させることにより、第1支持部31では、Xスライド構造32xのスライド動作により、錘20がy軸方向に沿ってスムーズに移動することができる。このように本実施形態では、スライド構造がない場合に比べ、駆動ロスを軽減することができる。 As shown in FIG. 4A, the
本実施形態では、2つのXアクチュエータ35xの動きは同じになる。また、2つのYアクチュエータ35yの動きは同じになる。動きが同じとは、それら2つのアクチュエータが、実質的に同じ振幅、同じ方向に動くことを意味する。 In this embodiment, the movements of the two
上述したように、x軸方向の振動時において、錘20のx軸+方向の移動経路での加速度が、x軸−方向の移動経路での加速度より大きい場合、x軸+方向に偏加速度が発生し、これによりそのx軸+方向に力覚が提示される。また、y軸方向の振動時において、錘20のy軸+方向の移動経路での加速度が、y軸−方向の移動経路での加速度より大きい場合、y軸+方向に偏加速度が発生し、これによりそのy軸+方向に力覚が提示される。 As described above, when the
1.3)まとめ 1.3) Summary
以上のように、本実施形態では、たとえ錘20の両側にアクチュエータ35が接続されているとしても、2つのアクチュエータ35および錘20が機械的に接続されて一体であるため、同期制御等の大きな制御負荷を必要とすることはない。 As described above, in the present embodiment, even if the
本実施形態では、第1支持部31において、例えば錘20の両側にXアクチュエータ35xが設けられるので、1つのXアクチュエータ35xのみが設けられる場合に比べ、大きな駆動力を発生させることができる。このことは、第2支持部32についても同様である。 In the present embodiment, since the
本実施形態では、アクチュエータ35として圧電アクチュエータが利用されるので、筐体構造10と錘20との狭い隙間に、このアクチュエータ35を配置させることができ、力覚提示装置100の小型化を実現できる。 In the present embodiment, since a piezoelectric actuator is used as the
本実施形態では、第1支持部31は、一対のYスライド構造31yを有し、第2支持部32は、一対のXスライド構造32xを有する。したがって、x軸方向のみの振動時においては、x軸方向で錘20を大きく変位させることができるとともに、その軸とは異なるy軸方向における錘20の動きを規制することができる。また、y軸方向のみの振動時においては、y軸方向で錘20を大きく変位させることができるとともに、その軸とは異なるx軸方向における錘20の動きを規制することができる。 In the present embodiment, the
上記特許文献1の他、別の特許文献として特許第4413105号に記載の疑似力覚発生装置は、モータの回転動力を回転部材(円板)に伝達し、この回転部材の回転動力を、回転部材の円周上で接続されたリンク機構(2本のリンク)に伝達するように構成されている。これによりクランクスライダー構造が実現され、スライドするリンク機構の端部には錘20が取り付けられている。このような装置では、クランクスライダーとして実現される動力変換構造の体積が大きく、装置の小型化が困難である。また、例えば2本のリンクが、錘20の加速度方向とは直交する方向に加速度を発生するので、これが、余分な加速度となり、錘20の直線運動の効率を妨げる。 In addition to the above-mentioned
なお、本技術に係る力覚提示装置100は、上記のスライド構造を必須の要素とするものではなく、あくまで、錘20の両側に一対の支持構造315(および/または325)を備えることが必須の要素である。 In addition, the force
1.4)錘の変位量の実験例 1.4) Experimental example of displacement of weight
本発明者らは、上記スライド構造を持つ力覚提示装置100と、スライド構造を持たない装置とを用い、それらの錘20Aの変位量を実験で調べた。図5A、Bはこの実験で用いられた構成例を示す。図5Aは、スライド構造31y、32xを持つ力覚提示装置の構成を示し、図5Bは、スライド構造を持たない装置(以下、比較例に係る装置と言う。)の構成を示す。 The present inventors used a force
この実験では、実質的に正方形の外形を有する錘20Aが用いられ、筐体構造10Aもそれに合わせて実質的に正方形の外形を持つものが用いられた。図5Aの装置のスライド構造31y、32xとしては、リニアモーションガイド構造が用いられた。図5Bに示すように、比較例に係る装置は、スライド構造を持たず、アクチュエータ35が直接錘20Aに接続されている。錘20Aの重さは、18gとされた。 In this experiment, the
図6Aは、スライド構造を持つ装置の錘20Aの変位量等を示し、図6Bは、比較例に係る装置の錘20Aの変位量等を示す。図6A、Bでは、変位量の他、制御部(図示を省略)から駆動部30への出力電圧(V)と、加速度(G)を示している。なお、加速度は変位量の時間による二階微分により算出することに加え、加速度計により測定されるものとされる。これらの実験結果は、xまたはy軸の1軸のみでの駆動の結果を示す。 6A shows the amount of displacement of the
図6Bに示すように、比較例では、偏加速度が2.9(G)であったのに対し、図6Aに示すように、スライド構造31y、32xを持つ装置では、偏加速度が15.0(G)であった。スライド構造31y、32xが設けられることにより、駆動方向(例えばx軸方向)とは異なる軸方向(y軸方向)でのアクチュエータ35の接続が、その駆動方向における駆動力を妨げないので、比較例に対して大きな偏加速度を得ることができる。 As shown in FIG. 6B, in the comparative example, the partial acceleration was 2.9 (G), whereas as shown in FIG. 6A, in the device having the
これにより、本実施形態に係る力覚提示装置100は、錘20Aの重量やサイズを増やすことなく、比較例に比べて同じ出力電圧により大きな力覚を提示することができるので、装置の小型化を実現できるとともに、駆動ロスをなくし、これにより駆動のための電気的効率を上げることができる。 As a result, the force
1.5)本実施形態に係る力覚提示装置の応用例 1.5) Application example of the force sense presentation device according to the present embodiment
図7は、本実施形態に係る力覚提示装置100を、例えば、携帯型端末装置に適用した例を示す。携帯型端末装置100Aとしては、典型的には、スマートフォンやタブレット等の機器が挙げられる。 FIG. 7 shows an example in which the force
この携帯型端末装置100Aは、筐体構造10Aとして、ディスプレイパネル(およびタッチパネル)111、シャーシ113、および背面パネル115等を備える。また、携帯型端末装置100Aは、内蔵部品として、シャーシ113に取り付けられた制御基板201およびバッテリ203等を備え、これら内蔵部品が駆動部30(支持構造としてのアクチュエータ35)を介して筐体構造10Aに接続される。 The portable
ここでは、実線で示された駆動部30として、Xアクチュエータ35xが設けられ、つまりx軸方向のみの駆動を行う一対の支持構造315が設けられる。もちろん、一点鎖線で示したようにy軸方向の駆動を行うYアクチュエータ35yを有する一対の支持構造325も設けられ、2軸駆動可能であってもよい。なお、上述したスライド構造は設けられていてもよいし、設けられていなくてもよい。 Here, an
図8Aは、例えば上記携帯型端末装置100Aの内蔵部品のうち、バッテリ203のx軸方向での両側にXアクチュエータ35x(図7参照)がそれぞれ接続されており、制御基板201には接続されていない形態を示す。これにより、バッテリ203のみを振動させることができる。この場合、バッテリ203と制御基板201とが例えばフレキシブルプリント基板により電気的に接続されることが好ましい。なお、2軸駆動の場合、バッテリ203のy軸方向での両側にYアクチュエータ35yがそれぞれ接続される。 8A, for example, among the built-in parts of the portable
図8Bは、例えば上記内蔵部品のうち、制御基板201のx軸方向での両側にXアクチュエータ35x(図7参照)がそれぞれ接続されており、バッテリ203には接続されていない形態を示す。これにより、制御基板201のみを振動させることができる。この場合、バッテリ203と制御基板201とが例えばフレキシブルプリント基板により電気的に接続されることが好ましい。 FIG. 8B shows a form in which, for example, among the built-in components, the
図8Cは、例えば上記内蔵部品のうち、バッテリ203および制御基板201が固定され、これら全体が振動する形態を示す。この場合、例えば制御基板201のx軸方向での両側にXアクチュエータ35xがそれぞれ接続されてもよいし、または、バッテリ203のx軸方向での両側にXアクチュエータ35xがそれぞれ接続されてもよい。 FIG. 8C shows a form in which, for example, the
以上のように、携帯型端末装置100Aの部品を錘として利用するので、別途の錘を用いる必要がない。したがって、力覚提示装置である携帯型端末装置100Aの小型化を図ることができる。 As described above, since the component of the portable
2.他の各種の実施形態に係る力覚提示装置 2. Force feedback device according to various other embodiments
次に、他の各種の実施形態に係る力覚提示装置について説明する。これ以降の説明では、上記の実施形態に係る力覚提示装置100が含む部材や機能等について実質的に同様の要素については同一の符号を付し、その説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。 Next, a force sense presentation device according to various other embodiments will be described. In the following description, elements that are substantially similar to the members and functions included in the force
2.1)他の実施形態1 2.1)
例えば、図7を用いて説明したように、駆動部30は、1軸のみで駆動するように構成されていてもよい。この場合、駆動部30は、一対の支持構造315として錘20の両側にアクチュエータを備えていてもよい。 For example, as described with reference to FIG. 7, the
あるいは、図9A、Bに示すように、一対の支持構造のうちの一方がアクチュエータ35を有し、他方はパッシブ駆動部45であってもよい。図9Aに示す力覚提示装置100Bでは、パッシブ駆動部45として、バネ構造、特に板バネ構造が採用される。パッシブ駆動部は、コイルバネ構造であってもよい。 Alternatively, as shown in FIGS. 9A and 9B, one of the pair of support structures may have the
図9Bに示す力覚提示装置100Cでは、パッシブ駆動部として、錘20の同じ側に複数(例えば2つ)のスライド構造46が挙げられる。もちろんスライド構造46は1つであってもよい。スライド構造としては、上述したように、リニアモーションガイド構造、ボールブッシュ構造、自己潤滑軸受構造が挙げられる。 In the force
あるいは、図示しないが、錘20の一側(例えば第1側21(図1参照))に複数のアクチュエータ35が接続され、その反対側(例えば第2側22)にも複数のアクチュエータが接続されていてもよい。両側のそれらアクチュエータ35の数は同じでもよいし、異なっていてもよい。あるいは、錘20のその反対側に接続される支持構造は、アクチュエータ35ではなく、1または複数のパッシブ駆動部であってもよい。 Alternatively, although not shown, a plurality of
2.2)他の実施形態2 2.2) Other embodiment 2
図示しないが、駆動部が、x、y軸の2軸駆動として構成されている場合、例えば上記図9AまたはBに示した一対の支持構造(アクチュエータとパッシブ駆動部の組)が、2組設けられていてもよい。 Although not shown, in the case where the drive unit is configured as a biaxial drive of x and y axes, for example, two pairs of support structures (a set of an actuator and a passive drive unit) shown in FIG. 9A or 9B are provided. It may be.
2.3)他の実施形態3 2.3) Other embodiment 3
図10に示すように、駆動部が1軸のみで駆動するように構成されている力覚提示装置100Dにおいて、x軸上の一対の支持構造がアクチュエータ35でそれぞれ構成され、y軸上の一対の支持構造が、x軸方向に駆動するパッシブ駆動部(例えば上記スライド構造46)であってもよい。 As shown in FIG. 10, in the force
2.4)他の実施形態4
図11に示す力覚提示装置100Eは、第1支持部31の一対の支持構造としてXアクチュエータ35xをそれぞれ備え、第2支持部32の一対の支持構造としてYアクチュエータ35yをそれぞれ備える。各アクチュエータ35に設けられる接続部(錘20との接続部)として、スライド構造としての異方性弾性係数材料50が用いられている。2.4) Other embodiment 4
The force
等方性弾性係数材料の場合、縦弾性係数Eと横弾性係数Gには、G=E/{2(1+ν)}の関係がある。νはポアソン比である。材料を平面視した場合において、縦弾性係数は、材料の短手方向での弾性係数を意味し、横弾性係数は、材料の長手方向での弾性係数を意味する。ゴム等の弾性材料はν≒0.5となり、簡易的にはG≒E/3となる。 In the case of an isotropic elastic modulus material, the longitudinal elastic modulus E and the lateral elastic modulus G have a relationship of G=E/{2(1+ν)}. ν is the Poisson's ratio. When the material is viewed in plan, the longitudinal elastic modulus means the elastic coefficient in the lateral direction of the material, and the lateral elastic coefficient means the elastic coefficient in the longitudinal direction of the material. For elastic materials such as rubber, ν ≈ 0.5, and simply G ≈ E/3.
異方性弾性係数材料50は、例えば縦弾性係数に比べ横弾性係数が小さいこと、つまり例えばG<E/3を満たすような材料が用いられる。Eは例えば20KPa程度とされるが、これに限られない。 As the anisotropic
図12は、このような異方性弾性係数材料の一例を示す平面図である。この異方性弾性係数材料50Aは、梯子構造を有する。具体的には、図12の上に示すうように、異方性弾性係数材料50Aは、例えばx−y平面で見て、y方向に長く、x方向に配列された複数の穴52を有する。なお、穴52はz方向に貫通していることが好ましいが、貫通していることは必須ではない。 FIG. 12 is a plan view showing an example of such an anisotropic elastic modulus material. The anisotropic
このように構成された異方性弾性係数材料50では、x方向の横弾性係数が、y方向の縦弾性係数より小さい。したがって、この異方性弾性係数材料50は、図12の下に示すように、x方向に弾性変形しやすいが、y方向にはしにくい。 In the anisotropic
図13Aは、異方性弾性係数材料の他の例を示す平面図(断面図)である。この異方性弾性係数材料50Bは、できるだけ方向性を持つように配置されたディスク状微粒子54を含む合成樹脂材料である。図13Bの上は、この異方性弾性係数材料50Bの側面図(断面図)である。このように、ディスク状微粒子54の配列の仕方で、例えば図13Bの下に示すように、x方向の横弾性係数がy方向の縦弾性係数より小さくなるように構成された異方性弾性係数材料50Bを実現できる。 FIG. 13A is a plan view (cross-sectional view) showing another example of the anisotropic elastic modulus material. The anisotropic
2.5)他の実施形態5 2.5)
図14は、振動方向で非対称形状を有する錘を備える力覚提示装置の要部を示す平面図である。例えば携帯型端末装置の制御基板として、矩形基板ではなく異型基板が存在する。このような異型基板204が錘として利用される場合、非対称形状を有する異型基板204の重心Pが、一対の支持構造315の接続部(支点)同士を結ぶ軸上に位置するように、異型基板204および駆動部30の配置関係が構成される。このことは、2軸駆動の場合も同様であり、一対の支持構造325(図中、一点鎖線で示す)を結ぶ軸上に重心Pが位置するように、異型基板204および駆動部30の配置関係が構成される。 FIG. 14: is a top view which shows the principal part of the force sense presentation apparatus provided with the weight which has an asymmetrical shape in a vibration direction. For example, as a control board of a mobile terminal device, there is an atypical board instead of a rectangular board. When such
異型基板204の一側に複数の支持構造が接続される場合、それら複数の支持構造の各接続部(各支点)の重心を考えればよい。その重心を「一側重心」と定義すると、その一側重心と、錘の他側に接続された支持構造の接続部とを結ぶ軸上に、錘の重心が位置するように設計されればよい。あるいは、その一側重心と、錘の他側に接続された複数の支持構造の接続部の重心(他側重心)を結ぶ軸上に、錘の重心が位置するように設計されればよい。 When a plurality of support structures are connected to one side of the odd-shaped
2.6)他の実施形態6 2.6) Other embodiment 6
図15は、さらに別の実施形態に係る力覚提示装置の要部を示す。この例では、錘20の重心を中心として回転対称位置であって、錘20の第1側21およびその反対側である第2側22に一対の支持構造315が配置されている。一対の支持構造315には、例えばアクチュエータ35がそれぞれ適用される。 FIG. 15 shows a main part of a force sense presentation device according to yet another embodiment. In this example, a pair of
図15に示すように、この力覚提示装置は、アクチュエータ35の振動方向を互いに逆向きとし、かつ、上記各実施形態と同様に偏加速度を発生させることにより、錘20の回転方向の力覚を提示することができる。 As shown in FIG. 15, in this force sense presentation device, the force sense in the rotation direction of the
2.7)他の種々の実施形態 2.7) Various other embodiments
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。 The present technology is not limited to the embodiments described above, and various other embodiments can be realized.
例えば、上記実施形態では、2軸駆動として、互いに直交するx、y軸駆動を例に挙げたが、必ずしも各軸が直交する形態に限られない。つまり、一対の支持構造が取り付けられる軸線方向と、他の一対の支持構造が取り付けられる軸線方向とが直交する形態に限られない。 For example, in the above-mentioned embodiment, the x-axis drive and the y-axis drive that are orthogonal to each other are taken as an example of the biaxial drive, but the drive is not necessarily limited to the form in which the axes are orthogonal to each other. That is, the axial direction in which the pair of support structures is attached is not limited to the form in which the axial direction in which the other pair of support structures is attached is orthogonal to each other.
上記各実施形態では、1軸または2軸駆動の駆動部30を例に挙げたが、3軸駆動であってもよい。これにより、立体的な力覚の提示が可能となる。この場合、例えば第3軸目のz軸の支持構造のアクチュエータは、上記した圧電アクチュエータと同様の構成を有していてもよいが、例えば円板状の圧電アクチュエータであってもよい。 In each of the above-described embodiments, the driving
図7で示した実施形態において、バッテリ203および/または制御基板201が錘として利用されたが、筐体構造に部品として設けられるディスプレイパネル、タッチパネル、その他の部品が錘として利用されてもよい。 In the embodiment shown in FIG. 7, the
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも2つの特徴部分を組み合わせることも可能である。例えば、実施形態4に係る異方性弾性係数材料50が、上記実施形態1〜3、5、6のうちいずれかのパッシブ駆動部として適用されてもよい。 It is also possible to combine at least two characteristic parts among the characteristic parts of the respective forms described above. For example, the anisotropic
あるいは、異方性弾性係数材料50以外のスライド構造が、上記実施形態5または6等の支持構造に適用されてもよい。 Alternatively, a slide structure other than the anisotropic
3.他の実施形態に係るアクチュエータ 3. Actuator according to another embodiment
図16は、筐体構造10に接続された、他の実施形態に係るアクチュエータを示す側面図あるいは断面図である。アクチュエータ65は、例えば複数の圧電要素61と、これらを支持するシム62とを含む圧電アクチュエータである。なお、圧電アクチュエータとして、ここでは2つの圧電要素61が設けられるバイモルフ構造を示したが、1つの圧電要素で構成されるユニモルフ構造であってもよい。図17Aはシム62の平面図であり、図17Bはシム62の側面図である。 FIG. 16 is a side view or a cross-sectional view showing an actuator according to another embodiment, which is connected to the
シム62の形状は、例えば長尺状である。シム62は、筐体構造10に固定される固定部62aと、圧電要素61が取り付けられる取付部62bと、固定部62aおよび取付部62bの間に設けられた屈曲部62cとを有する。 The
固定部62aは、例えばシム62の両端部にそれぞれ設けられている。図16に示すように、例えば2つの圧電要素61が、例えば接着剤で構成される接着層63を介して、シム62の取付部62bを挟み込むように設けられている。 The fixing
屈曲部62cは、2箇所で折り曲げられて、固定部62aから取付部62bへつながるように構成され、固定部62aの長手方向と取付部62bの長手方向とが平行になっている。固定部62aと取付部62bのそれぞれの長手方向は、必ずしも平行でなくてもよい。これらの長手方向を、図16ではy方向とすると、圧電要素61によるアクチュエータ65の振動による変位方向は、y方向に実質的に直交するx方向となる。屈曲部62cにおいてy軸に対して傾斜する部分は、典型的には直線状に設けられている。 The
シム62の寸法の一形態を以下に示す(図17A、B参照)。この場合のシム62は、典型的には金属製とされる。金属としては、インバー、42アロイ、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等が用いられる。 One form of the size of the
長さa:10mm〜50mm、より好ましくは20mm〜40mm
幅b:1mm〜10mm、より好ましくは2mm〜5mm
厚さc:0.1mm〜1mm、より好ましくは0.2mm〜0.4mm
高さd:1mm〜10mm、より好ましくは1.5mm〜5mm
固定部62aの長さe:0.5mm〜5mm、より好ましくは1mm〜3mm
屈曲部62cのx方向の長さf:0mm〜10mm、より好ましくは0mm〜5mm
屈曲部62cのx方向に対する傾斜角θ:180°<θ<0°Length a: 10 mm to 50 mm, more preferably 20 mm to 40 mm
Width b: 1 mm to 10 mm, more preferably 2 mm to 5 mm
Thickness c: 0.1 mm to 1 mm, more preferably 0.2 mm to 0.4 mm
Height d: 1 mm to 10 mm, more preferably 1.5 mm to 5 mm
Length e of the fixed
Length f of the
Inclination angle θ of the
屈曲部62cのx方向の長さfが0mmである場合、傾斜角θは0°となる。 When the length f in the x direction of the
傾斜角θは、図18に示すように、90°より大きくてもよい。 The inclination angle θ may be larger than 90° as shown in FIG.
高さdは、圧電要素61の厚さおよび接着層の厚さをパラメータとし、目的の振動周波数でアクチュエータ65が動作したときの変位量によって決定される。また、高さdは、圧電要素61が動作時に筐体構造10に接触しない高さに設計される。すなわち、アクチュエータ65は、固定部62aと取付部62bとの高さの差より小さい変位で振動するように構成される。 The height d is determined by the amount of displacement when the
図19は、0.2mmの厚さ、1.54mmの高さdを持つ、インバー製のシムの3通りの屈曲部62cの寸法形態を示す表である。また、この表では固有振動数のシミュレーション解析が行われた結果も示されている。このシミュレーションに使用されたアクチュエータ65の物理量は、以下の通りである。 FIG. 19 is a table showing the dimensional forms of the three
シム:厚さc=0.2mm、ヤング率=145GPa、密度=8.125g/cm3、ポアソン比=0.3
圧電要素:厚さ=0.18mm、ヤング率:70GPa、密度:7.6g/cm3、ポアソン比:0.3Shim: Thickness c=0.2mm, Young's modulus=145GPa, Density=8.125g/cm3, Poisson's ratio=0.3
Piezoelectric element: Thickness=0.18mm, Young's modulus: 70GPa, Density: 7.6g/cm3, Poisson's ratio: 0.3
図19より、傾斜角θが40°〜90°の範囲では、屈曲角度が90°の時と比べ固有振動数の変化率が4%以内に収まることが確認された。 From FIG. 19, it was confirmed that in the range of the inclination angle θ of 40° to 90°, the change rate of the natural frequency was within 4% as compared with the case of the bending angle of 90°.
以上のように、本実施形態に係るアクチュエータ65では、固定部62aおよび取付部62bが、屈曲部62cを持つシム62によって一体化されることにより、アクチュエータ65の部品点数を削減できる。また、アクチュエータ65を低背型化、小型化することができ、力覚提示装置の小型化を実現できる。 As described above, in the
シム62の2箇所で折り曲げられて屈曲部62cが構成されることにより、簡単な構造で、シム62に固定部62a、取付部62bおよび屈曲部62cを持たせることができる。 Since the
ここで、特開2011-129971号公報に開示された撓み振動型アクチュエータは、シムの他、ベースプレートや振動板を含むため、アクチュエータの厚みが増し、小型薄型の電子機器には設置することが困難である。また、このアクチュエータでは、小さく精密な部品が用いられるため、加工や組立工数が多くなり製造費用が増加してしまう。 Here, the flexural vibration type actuator disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2011-129971 includes a base plate and a vibration plate in addition to a shim, so that the thickness of the actuator increases and it is difficult to install it in a small and thin electronic device. Is. Further, in this actuator, since small and precise parts are used, the number of processing and assembling steps is increased and the manufacturing cost is increased.
一方、特開2013-31040号公報に開示された圧電アクチュエータでは、部品点数は少ないものの変位量を大きくするために、支持体と圧電素子の上下面に空隙を設ける必要があり、小型薄型の電子機器に内蔵するには不向きである。また、支持体と圧電素子との間にシリコーン樹脂が充填される場合、長期的な振動を繰り返すことでシリコーン樹脂が劣化することも考えられる。 On the other hand, in the piezoelectric actuator disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-31040, it is necessary to provide a gap between the upper surface and the lower surface of the support body and the piezoelectric element in order to increase the displacement amount although the number of parts is small, and the small and thin electronic Not suitable for built-in equipment. Further, when silicone resin is filled between the support and the piezoelectric element, it is possible that the silicone resin deteriorates due to repeated long-term vibration.
本技術では、シム62により固定部62a、取付部62bおよび屈曲部62cが構成され、簡単な構造でアクチュエータ65の構成が実現されるので、上記各文献のような問題を解決することができる。 In the present technology, the
図20A〜Eは、シム62の固定部62aの固定構造の複数の例を示す。 20A to 20E show a plurality of examples of the fixing structure of the fixing
図20Aに示す例では、固定部62aが溶着により筐体構造10に固定される。例えば、シム62および筐体構造10が共に金属でなる場合、これらは溶接により固定される。シム62および筐体構造10の両方が樹脂の場合、超音波接合等による溶着により固定される。 In the example shown in FIG. 20A, the fixing
図20Bに示す例では、両面テープ等の接着層68により、固定部62aが筐体構造10に固定される。この場合、シム62は金属に限定されず、樹脂またはゴムであってもよい。筐体構造10も同様に、金属に限定されない。 In the example shown in FIG. 20B, the fixing
図20Cに示す例では、固定部62aと筐体構造10とが機械的な係合により固定されている。例えば、筐体構造10にフック部69が設けられ、フック部69に固定部62aが係合している。一対のフック部69は、それぞれの開口面が対面するように筐体構造10に設けられている。フック部69は、筐体構造10の材料と同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。 In the example shown in FIG. 20C, the fixing
図20Dに示すように、フック部69'の表面の高さ位置が、筐体構造10の表面(内壁面)の高さ位置と実質的に一致していてもよい。この場合、フック部69'と筐体構造10は同じ材料で一体的に構成されていてもよい。筐体構造10の材料としては、金属や樹脂が用いられる。 As shown in FIG. 20D, the height position of the surface of the
図20Eに示す例では、固定部62aが筐体構造10内に埋め込まれることにより、シム62が筐体構造10に固定されている。筐体構造10が樹脂でなる場合、例えば、インサート成形によって固定部62aを筐体構造10に埋め込み可能である。もちろん、インサート成形に限られない。 In the example shown in FIG. 20E, the
図21は、さらに別の実施形態に係るアクチュエータのシムを示す側面図あるいは断面図である。シム72は、固定部72a、取付部72b、蛇腹状の屈曲部72cを有する。これにより、変位を大きくすることができる。 FIG. 21 is a side view or a sectional view showing a shim of an actuator according to still another embodiment. The
図22は、さらに別の実施形態に係るアクチュエータのシムを示す側面図である。このシム82は、複数(ここでは2つ)の取付部82bを有し、これらの取付部82bにそれぞれ圧電要素が取り付けられる。また、シム82は、両端にそれぞれ設けられた固定部82aの他、共通の1つの固定部82dを有する。これにより、ここでは図示しない圧電要素の配列方向(図中左右方向)でアクチュエータの小型化を図りつつ、駆動力を高めることができる。符号82cで示す部分は屈曲部である。 FIG. 22 is a side view showing a shim of an actuator according to yet another embodiment. The
図23は、さらに別の実施形態に係るアクチュエータのシムを示す平面図である。このシム92は、屈曲部92cを有する。屈曲部92cには開口部92eが設けられている。アクチュエータの製造時において、開口部92eのサイズ、形状、および/または、位置を適宜調整可能である。これにより、シム92の重量および/または剛性が調整され、変位量や駆動力を調整したり、アクチュエータの固有振動数を調整したりすることができる。符号92aで示す部分は固定部、符号92bで示す部分は取付部である。 FIG. 23 is a plan view showing a shim of an actuator according to yet another embodiment. The
開口部92eの形状は、円に限られず、長穴、楕円、またはスリット等でもよい。開口部92eが設けられる位置は、屈曲部92cに限られず、取付部92bであってもよい。
The shape of the
4.他の実施形態に係るアクチュエータを利用した力覚提示装置 4. Force feedback device using an actuator according to another embodiment
図24A〜C、図25A〜Cは、上記した他の実施形態に係るアクチュエータを利用した力覚提示装置の構成を示す。 24A to 25C and 25A to 25C show the configuration of a force sense presentation device using an actuator according to another embodiment described above.
図24Aに示す例では、x方向に対向するように、2つのアクチュエータ65が錘20に接続されている。具体的には、アクチュエータ65の圧電要素61が錘20に固定されている。これにより、アクチュエータ65は、錘20に加速度、あるいは偏加速度を発生させることができる。この場合、アクチュエータ65の配置は、錘20の重心を中心に対称的な配置でなくてもよい。 In the example shown in FIG. 24A, two
x方向ではなく、y方向に対向するように2つのアクチュエータ65が錘20に接続されていてもよい。 The two
図24Bに示す例では、図22に示した複数の圧電要素を取付可能なシム92を有するアクチュエータ95が、x方向に対向して設けられている。錘20に比べ、1つの圧電要素61では駆動力が足りない場合に、本形態は有効である。 In the example shown in FIG. 24B,
図24Cに示す例では、図15に示した形態と同様に、錘20の重心を中心として回転対称位置に、アクチュエータ65が設けられてる。このような構成により、錘20がその重心を中心に所定の角度範囲で回転可能となる。 In the example shown in FIG. 24C, similarly to the form shown in FIG. 15, the
図25Aに示す例では、x方向に対向して設けられた第1支持部において、2つのアクチュエータ65(Xアクチュエータ65x)が、Yスライド構造81yに接続されている。また、y方向に対向して設けられた第2支持部において、2つのアクチュエータ65(Yアクチュエータ65y)が、Xスライド構造81xに接続されている。 In the example illustrated in FIG. 25A, the two actuators 65 (
Xスライド構造81x、Yスライド構造81yは、同様の構成を有しており、これらを以下では、単に「スライド構造」と言う。スライド構造81は、スライドベース811と、スライドベース811に沿って移動するスライダ812とを備える。スライドベース811は、アクチュエータ65の圧電要素61に取り付けられ、スライダ812は錘20に取り付けられている。 The
図25Bに示す例では、x方向に対向して設けられた第1支持部では、2つの圧電要素61を持つアクチュエータ95(図24B参照)が、錘20の対向する辺にそれぞれ設けられている。また、y方向に対向して設けられた第2支持部では、アクチュエータ65が、錘20の対向する辺に1つずつ設けられている。各圧電要素にそれぞれスライド構造81が接続されている。 In the example shown in FIG. 25B, in the first support portion provided so as to face each other in the x direction, actuators 95 having two piezoelectric elements 61 (see FIG. 24B) are provided at opposite sides of the
図25Cに示す例では、図15、図24Cに示した形態と同様に、錘20の重心を中心として回転対称位置に、アクチュエータ65およびスライド構造81が設けられてる。このような構成により、錘20がその重心を中心に所定の角度範囲で回転可能となる。 In the example shown in FIG. 25C, similarly to the embodiment shown in FIGS. 15 and 24C, the
図24A、B、図25A、Bに示したアクチュエータは、錘20の重心を通るxおよび/またはyの軸に関して対称(鏡像対称)に配置されることが望ましい。図25Cに示したアクチュエータ65は、錘20の重心を中心に回転対称に配置されたが、必ずしもそうでなくてもよい。 The actuators shown in FIGS. 24A, B and 25A, B are preferably arranged symmetrically (mirror image symmetry) with respect to the x and/or y axis passing through the center of gravity of the
5.アクチュエータまたは力覚提示装置の他の種々の形態 5. Various other forms of actuators or force presentation devices
以上の説明では、シムの屈曲部は、傾斜して直線状、または、蛇腹状に設けられていたが、湾曲状に設けられていてもよい。 In the above description, the bent portion of the shim is inclined and provided in a straight line shape or a bellows shape, but it may be provided in a curved shape.
以上説明した各形態に係るアクチュエータおよび/または力覚提示装置の特徴部分のうち、少なくとも2つの特徴部分を組み合わせることも可能である。 It is also possible to combine at least two characteristic parts among the characteristic parts of the actuator and/or the force sense presentation device according to the above-described embodiments.
例えば、図23、図20A〜Eに示した形態のうち少なくとも1つの形態を、図22、24、および25のうち1つの形態に適用してもよい。 For example, at least one of the configurations shown in FIGS. 23 and 20A to 20E may be applied to one of the configurations of FIGS. 22, 24, and 25.
例えば、図24Cまたは25Cに示した形態に、さらに、y方向で対向するアクチュエータが設けられてもよい。この場合、y方向で対向する各アクチュエータは、錘20の重心を中心に回転対称に配置されていてもよいし、x軸に関して対称(鏡像対称)に配置されてもよい。 For example, actuators facing each other in the y direction may be further provided in the configuration shown in FIG. 24C or 25C. In this case, the actuators facing each other in the y direction may be arranged rotationally symmetrically about the center of gravity of the
上記では、本技術の力覚提示装置が適用される携帯型端末装置として、スマートフォンやタブレットを例に挙げた。しかし、携帯型端末装置は、例えば時計、眼鏡、帽子、靴、衣類、バンド類(腕輪や指輪)等の、ウェアラブル端末にも適用可能である。ウェアラブル端末に限られず、デジタルカメラや、障害者用の杖等にも適用可能である。 In the above, a smartphone or a tablet is given as an example of a mobile terminal device to which the force sense presentation device of the present technology is applied. However, the portable terminal device is also applicable to wearable terminals such as watches, glasses, hats, shoes, clothes, bands (bangles and rings), and the like. The invention is not limited to wearable terminals, but can be applied to digital cameras, canes for the disabled, and the like.
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
(1)
筐体構造と、
前記筐体構造に設けられ、または前記筐体構造に内蔵された錘と、
前記錘の第1側および前記第1側に対向する第2側を支持する一対の支持構造で構成される第1支持部を有し、前記一対の支持構造のうち少なくとも一方が、前記錘に偏加速度を与えることが可能なアクチュエータを含むように構成された駆動部と
を具備する力覚提示装置。
(2)
前記(1)に記載の力覚提示装置であって、
前記アクチュエータは、前記錘の前記第1側から前記第2側へ、または前記第2側から前記第1側への方向に第1の偏加速度を発生させるように構成される
力覚提示装置。
(3)
前記(2)に記載の力覚提示装置であって、
前記一対の支持構造のうちの一方が前記アクチュエータである場合に、前記一対の支持構造のうちの他方は、前記第1の偏加速度の方向を含む軸方向で駆動するように構成されたパッシブ駆動部を有する
力覚提示装置。
(4)
前記(3)に記載の力覚提示装置であって、
前記パッシブ駆動部は、リニアモーションガイド構造、ボールブッシュ構造、自己潤滑軸受構造、または異方性弾性係数材料を有する
力覚提示装置。
(5)
前記(2)に記載の力覚提示装置であって、
前記錘の前記第1側および前記2側とは異なる第3側およびこれに対向する第4側にそれぞれ設けられた一対の支持構造で構成される第2支持部をさらに具備する
力覚提示装置。
(6)
前記(5)に記載の力覚提示装置であって、
前記第2支持部を構成する前記一対の支持構造は、第1の偏加速度の方向を含む軸方向でスライドするスライド構造をそれぞれ有する
力覚提示装置。
(7)
前記(6)に記載の力覚提示装置であって、
前記第2支持部を構成する前記一対の支持構造のうち少なくとも一方が、前記錘の前記第3側から前記第4側へ、または前記第4側から前記第3側への方向に第2の偏加速度を与えることが可能なアクチュエータを含むように構成され、
前記第1支持部を構成する前記一対の支持構造は、前記第2の偏加速度の方向を含む軸方向でスライドするスライド構造をそれぞれ有する
力覚提示装置。
(8)
前記(6)または(7)に記載の力覚提示装置であって、
前記スライド構造は、リニアモーションガイド構造、ボールブッシュ構造、自己潤滑軸受構造、または異方性弾性係数材料である
力覚提示装置。
(9)
前記(1)に記載の力覚提示装置であって、
前記第1支持部を構成する前記一対の支持構造の両方が、前記アクチュエータをそれぞれ有する
力覚提示装置。
(10)
前記(5)に記載の力覚提示装置であって、
前記第2支持部を構成する前記一対の支持構造の両方が、前記アクチュエータをそれぞれ有する
力覚提示装置。
(11)
前記(1)から(10)のうちいずれか1項に記載の力覚提示装置であって、
前記錘は、前記筐体構造の一部を構成する部品、または前記筐体構造に内蔵された部品である
力覚提示装置。
(12)
前記(11)に記載の力覚提示装置であって、
前記力覚提示装置は、携帯型端末装置であり、
前記部品は、バッテリ、制御基板、ディスプレイパネル、またはタッチパネルである
力覚提示装置。
(13)
前記(1)から(12)のうちいずれか1項に記載の力覚提示装置であって、
前記アクチュエータは、
圧電要素と、
前記筐体構造に固定される固定部と、前記圧電要素が取り付けられる取付部と、前記固定部および前記取付部の間に設けられた屈曲部とを有するシムと
を含む
力覚提示装置。
(14)
前記(13)に記載の力覚提示装置であって、
前記アクチュエータは、前記屈曲部により構成される、前記固定部と前記取付部との高さの差より小さい変位で振動するように構成される
力覚提示装置。
(15)
前記(13)または(14)に記載の力覚提示装置であって、
前記シムの少なくとも2箇所が折り曲げられることにより、前記取付部と前記固定部との間に、前記屈曲部が設けられる
力覚提示装置。
(16)
前記(15)に記載の力覚提示装置であって、
前記屈曲部の、前記取付部および前記固定部の間は、直線状、湾曲状、または、蛇腹状に構成される
力覚提示装置。
(17)
前記(13)から(16)のうちいずれか1項に記載の力覚提示装置であって、
前記固定部は、溶着、接着剤による接着、機械的な係合、または、埋め込みにより、前記筐体構造に固定されている
力覚提示装置。
(18)
前記(13)から(17)のうちいずれか1項に記載の力覚提示装置であって、
前記シムは、2以上の前記取付部と、2つの前記取付部の間で共通の1つの前記固定部とを有する
力覚提示装置。
(19)
前記(13)から(18)のうちいずれか1項に記載の力覚提示装置であって、
前記シムは、開口部を有する
力覚提示装置。In addition, the present technology may have the following configurations.
(1)
Case structure,
A weight provided in the housing structure or built in the housing structure;
It has a 1st support part comprised by a pair of support structures which support the 1st side of the above-mentioned weight and the 2nd side which opposes the 1st side, and at least one of the above-mentioned pair of support structures A drive unit configured to include an actuator capable of giving a biased acceleration.
(2)
The force sense presentation device according to (1) above,
The actuator is a force sense presentation device configured to generate a first biased acceleration in a direction from the first side to the second side of the weight, or in a direction from the second side to the first side.
(3)
The force sense presentation device according to (2) above,
When one of the pair of support structures is the actuator, the other of the pair of support structures is configured to be driven in an axial direction including the direction of the first unbalanced acceleration. Haptic device having a section.
(4)
The force sense presentation device according to (3) above,
The passive drive unit is a haptic device having a linear motion guide structure, a ball bush structure, a self-lubricating bearing structure, or an anisotropic elastic modulus material.
(5)
The force sense presentation device according to (2) above,
A force sense presentation device further comprising a second support portion formed of a pair of support structures provided on a third side different from the first side and the second side of the weight and a fourth side facing the third side, respectively. ..
(6)
The force sense presentation device according to (5) above,
The pair of support structures that constitute the second support section each have a slide structure that slides in an axial direction including a direction of the first unbalanced acceleration.
(7)
The force sense presentation device according to (6) above,
At least one of the pair of support structures forming the second support portion is a second one in the direction from the third side to the fourth side of the weight or from the fourth side to the third side. Configured to include an actuator capable of imparting a biased acceleration,
The pair of support structures that constitute the first support section each have a slide structure that slides in an axial direction including the direction of the second unbalanced acceleration.
(8)
The force sense presentation device according to (6) or (7) above,
The force feedback device, wherein the slide structure is a linear motion guide structure, a ball bush structure, a self-lubricating bearing structure, or an anisotropic elastic modulus material.
(9)
The force sense presentation device according to (1) above,
The force sense presentation device in which both of the pair of support structures forming the first support portion have the actuators.
(10)
The force sense presentation device according to (5) above,
The force sense presentation device in which both of the pair of support structures forming the second support part respectively include the actuator.
(11)
The force sense presentation device according to any one of (1) to (10) above,
The force sense presentation device in which the weight is a component forming a part of the casing structure or a component built in the casing structure.
(12)
The force sense presentation device according to (11) above,
The force sense presentation device is a portable terminal device,
The force sense presentation device in which the component is a battery, a control board, a display panel, or a touch panel.
(13)
The force sense presentation device according to any one of (1) to (12) above,
The actuator is
A piezoelectric element,
A haptic device comprising: a fixing part fixed to the housing structure; a mounting part to which the piezoelectric element is mounted; and a shim having a fixing part and a bending part provided between the mounting parts.
(14)
The force sense presentation device according to (13) above,
The force sense presentation device configured to vibrate with a displacement smaller than a difference in height between the fixed portion and the attachment portion, the actuator being configured by the bent portion.
(15)
The force sense presentation device according to (13) or (14) above,
A force sense presentation device in which the bent portion is provided between the attachment portion and the fixed portion by bending at least two locations of the shim.
(16)
The force sense presentation device according to (15) above,
The force sense presentation device in which a portion of the bent portion between the attachment portion and the fixed portion is formed in a linear shape, a curved shape, or a bellows shape.
(17)
The force sense presentation device according to any one of (13) to (16),
The force sense presentation device in which the fixing portion is fixed to the housing structure by welding, adhesion with an adhesive, mechanical engagement, or embedding.
(18)
The force sense presentation device according to any one of (13) to (17),
The said shim is a force sense presentation apparatus which has two or more said attachment parts and one said fixed part common between two said attachment parts.
(19)
The force sense presentation device according to any one of (13) to (18),
The said shim is a force sense presentation apparatus which has an opening part.
10、10A…筐体構造
20、20A…錘
21…第1側
22…第2側
23…第3側
24…第4側
30…駆動部
31…第1支持部
31y…Yスライド構造
32…第2支持部
32x…Xスライド構造
33、34…接続部
35x、65x…Xアクチュエータ
35y、65y…Yアクチュエータ
35、65、95…アクチュエータ
45…パッシブ駆動部
46…スライド構造
50、50A、50B…異方性弾性係数材料
61…圧電要素
62、72、82、92…シム
62a、72a、82a、92a…固定部
62b、72b、82b、92b…取付部
62c、72c、82c、92c…屈曲部
68…接着層
69…フック部
81…スライド構造
92e…開口部
100、100B、100C、100D、100E…力覚提示装置
100A…形態型端末装置
113…シャーシ
115…背面パネル
201…制御基板
203…バッテリ
204…異型基板
315…第1支持部の一対の支持構造
325…第2支持部の一対の支持構造10, 10A...
Claims (4)
前記筐体構造に設けられ、または前記筐体構造に内蔵された錘と、
前記錘の第1側および前記第1側に対向する第2側を支持する一対の支持構造で構成され、前記一対の支持構造が、前記錘の重心を中心として回転対称位置または略回転対称位置にそれぞれ配置され、それぞれ逆向きの偏加速度を発生させるアクチュエータを含むように構成された駆動部と
を具備する力覚提示装置。 Housing structure,
A weight provided in the housing structure or built in the housing structure;
It is composed of a pair of support structures for supporting the first side of the weight and a second side facing the first side, and the pair of support structures are rotationally symmetrical positions or substantially rotationally symmetrical positions about the center of gravity of the weight. And a drive unit configured to include actuators that are respectively arranged in the above and that generate reverse biased accelerations .
前記一対の支持構造のうち前記錘の第1側を支持する一方の支持構造が前記第1側から前記第2側への方向の偏加速度を与え、前記錘の第2側を支持する他方の支持構造が前記第2側から前記第1側への方向の偏加速度を与えるように構成された
力覚提示装置。 The force sense presentation device according to claim 1, wherein
Of the pair of support structures, one of the support structures that supports the first side of the weight gives a biased acceleration in the direction from the first side to the second side, and the other support structure that supports the second side of the weight. The force sense presentation device, wherein the support structure is configured to give a partial acceleration in the direction from the second side to the first side .
前記錘は、前記筐体構造の一部を構成する部品、または前記筐体構造に内蔵された部品である
力覚提示装置。 The force sense presentation device according to claim 1 or 2 , wherein
The force sense presentation device in which the weight is a component forming a part of the casing structure or a component built in the casing structure.
前記力覚提示装置は、携帯型端末装置であり、
前記部品は、バッテリ、制御基板、ディスプレイパネル、またはタッチパネルである
力覚提示装置。 The force sense presentation device according to claim 3 ,
The force sense presentation device is a portable terminal device,
The force sense presentation device in which the component is a battery, a control board, a display panel, or a touch panel.
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